Etapas do Tratamento da Água

2.7.1 Coagulação

A coagulação pode ser considerada como a etapa mais importante na produção de água que apresente padrões em consonância com a portaria n° 2914 de 2011. Se tratando do tratamento convencional, dificuldades iniciadas no processo de coagulação podem comprometer todas as etapas a jusante do tratamento, como, por exemplo, a formação de flocos com baixa velocidade de sedimentação, que podem ser encaminhados para as unidades de filtração, aumentando a perda de carga nas mesmas e resultando em menores tempos de carreira dos filtros. Já a eficiência desse processo favorece a produção de um efluente com qualidade microbiológica satisfatória, aumenta a duração da carreira dos filtros, além de reduzir o custo do metro cúbico de água tratada.

A coagulação é um processo que consiste na desestabilização de partículas coloidais ou na neutralização das moléculas de matéria orgânica dissolvida, através de dois fenômenos principais, um de natureza química, aonde ocorrem reação de hidrólise do metal, e outro físico, que consiste no transporte das espécies hidrolisadas ou dos precipitados formados para que haja contato com as impurezas presentes na água (Di Bernardo, 2010). A etapa de coagulação pode ser efetuada no próprio dispositivo de medição de vazão da estação de tratamento (por exemplo calha Parshall) ou em câmaras especiais denominadas de mistura rápida, como agitadores mecânicos (AZEVEDO NETO, 1998). A Figura 4 apresenta a canaleta Parshall da Estação de Tratamento de Água Gramame, localizada na cidade de João Pessoa-PB.

Figura 4 – Canaleta Parshall da ETA de Gramame, João Pessoa-PB

Fonte: Própria (2015).

De maneira geral, quatro mecanismos são relevantes para o processo de coagulação. Os mecanismos de coagulação são: Compressão da dupla camada, adsorção-desestabilização, varredura e formação de pontes químicas.

2.7.1.1 Compressão da Dupla Camada

O mecanismo denominado de compressão da dupla camada caracteriza-se pelo aumento da concentração de íons, aonde, a dupla camada tem o seu volume reduzido para que se mantenha eletricamente neutra, reduzindo o seu potencial elétrico (Potencial Zeta). Dessa forma predominam forças de van der Waals. O modelo proposto por Schulze-Hardy (1900), afirma que a ocorrência desse propósito com maior facilidade decorre da dispersão de íons carregados positivamente.

De acordo com Libânio (2010), dois aspectos tornam incoerentes a teoria da compressão da dupla camada:

 A quantidade de eletrólitos para conseguir a coagulação é, praticamente, independente da concentração de colóides na água;

 Para qualquer quantidade adicionada de eletrólitos é impossível reestabilizar as partículas coloidais, ou seja, a reversão de carga das mesmas, que passa a ser positiva.

2.7.1.2 Adsorção-Desestabilização

Após a formação das espécies hidrolisadas de cargas positivas, as mesmas podem ser adsorvidas na superfície das partículas, desestabilizando-as. Muitas das vezes são essas espécies que proporcionam a desestabilização das partículas, e não os íons dois metais ferro e alumínio, o que torna as espécies hidrolisadas principais agentes da coagulação.

O mecanismo de adsorção-desestabilização deve ser predominante em estações de filtração direta, escoamento ascendente e descendente, uma vez que os microflocos formados possuem baixa velocidade de sedimentação e alta resistência ao cisalhamento devido as forças hidrodinâmicas do escoamento, sendo facilmente retidas nos interstícios do meio filtrante (Libânio 2010).

2.7.1.3 Varredura

Quando aplicadas dosagens elevadas do coagulante, o produto de solubilidade dos hidróxidos pode ser sobreposto, acarretando na formação excessiva de precipitados de hidróxido de ferro (FeOH3), alumínio (AlOH3) ou outros, dependendo do tipo de coagulante empregado. Esses precipitados formados envolvem as impurezas presentes, formando flocos com maior peso e velocidade de sedimentação do que os apresentados no mecanismo de adsorção desestabilização. Quando a coagulação se procede sobre as características mencionadas anteriormente, tem-se o mecanismo de varredura (DI BERNARDO, 1993).

2.7.1.4 Formação de Pontes Químicas

O mecanismo de formação de pontes químicas é típico de sistemas que utilizam polímeros orgânicos naturais ou sintéticos. Conforme mencionado em Libânio (2010), essas substâncias podem ser definidas como compostos orgânicos de longa cadeia constituindo-se de série repetitiva de unidades químicas unidas por meio de ligações covalentes, formando moléculas denominadas de monômeros, sendo que o peso do polímero é consequência da soma dos pesos dos monômeros.

Na utilização dos polímeros, a etapa de coagulação pode ocorrer por meio da formação de pontes químicas, quando partículas coloidais são adsorvidas na superfície das inúmeras cadeias dos polímeros. Para a ocorrência da situação anterior, o polímero deve apresentar longa cadeia, de forma que possa reduzir os efeitos de repulsão da dupla camada

quando ocorrer a aproximação de mais de uma partícula, permitindo que ocorra a adsorção em sua superfície (LETTERMAN; AMIRTHARAJAH; O’MELI, 1999).

2.7.1.5 Diagrama de Coagulação

O desenvolvimento e a aplicação prática dos diagramas de solubilidade, foram essenciais para a evolução dos conceitos e incrementos que culminaram na concretização do que se conhece como “Diagrama de Coagulação”. Partindo do diagrama de solubilidade do sulfato de alumínio, AMIRTHARAJAH et al. (1982) elaborou o diagrama de coagulação para o sulfato de alumínio, a partir de ensaios de tratabilidade de distintas águas naturais e sintéticas, com valores de turbidez relativamente altos se comparada à cor verdadeira. A Figura 5 apresenta o respectivo diagrama de coagulação.

Figura 5 – Diagrama de Coagulação do sulfato de alumínio e potencial Zeta

Fonte: Amirtharajah (1982).

Por meio da Figura 5, é possível identificar a ocorrência de quatro regiões distintas, caracterizadas pelos pares de valores dosagem de coagulante x pH da mistura, que distinguem os diferentes mecanismos de coagulação e a reestabilização das partículas coloidais (DI BERNARDO, 2011). A partir de dosagens acima de 30 mg.L-1, e valores de pH entre 6 e 8, ocorre a formação significativa de precipitados de alumínio, predominando o mecanismo de varredura. Para menores dosagens, como 10 mg.L-1, predomina o mecanismo de adsorção-

neutralização, podendo existir combinação de mecanismos, além da restabilização dos colóides.

2.8 Floculação

Às partículas desestabilizadas pela adição do coagulante, são fornecidas condições em termos de gradientes de velocidades e tempos de detenção, para que as mesmas possam agregar-se, formando flocos que serão removidos em unidades de sedimentação/flotação ou nos próprios filtros (LIBÂNIO, 2010).

Nas ETAs, a floculação é compreendida como a segunda fase da etapa de potabilização da água, sendo realizada em câmaras de agitação lenta ou floculadores. Essas unidades podem ser hidráulicas (chicanas com movimento horizontal ou vertical da água) ou mecanizadas (de eixo vertical ou horizontal) (AZEVEDO NETO, 1998).

A floculação em ETAS de ciclo completo tem por finalidade a formação de flocos com maior densidade, que apresentem significativas velocidades de sedimentação. Já em ETAS aonde a etapa de filtração sucede a coagulação (filtração direta), a floculação objetiva proporcionar a formação de flocos que possam apresentar resistência as forças de cisalhamento hidrodinâmica e que evitem o transpasse nos filtros.

O bom desempenho da etapa de coagulação é o primeiro passo para o funcionamento satisfatório da floculação. Se tratando de ETAs convencionais, essas duas etapas operando harmonicamente evita que o afluente dos filtros apresente uma elevada concentração de flocos (coletados junto a água clarificada dos decantadores), além de contribuir para uma água filtrada de melhor qualidade e maiores intervalos de tempo entre as lavagens dos filtros. Atrelado a assertiva anterior, uma maneira de verificar a eficiência da floculação, ou até mesmo da coagulação, é observar se o tempo de carreira dos filtros é inferior ao que é destinado para essa unidade. Outra possibilidade é verificar o perfil de sedimentabilidade dos flocos nos decantadores de fluxo horizontal, que pode ser observado durante a lavagem das mesmas. Quando flocos de melhor sedimentabilidade são formados, durante a sedimentação, boa parte dos mesmos já se acomodam no fundo do primeiro terço dos decantadores,

A medida que os flocos vão crescendo e aumentando sua densidade, passam a se tornar mais propensos a ação das tensões de cisalhamento hidrodinâmico, geradas pela intensidade dos gradientes de velocidade. Os flocos crescem até um limite máximo em que as forças de cisalhamento prevalecem sobre sua área superficial, quebrando-os em unidades menores (RITCHER, 2009).

Libânio (2010) afirma que os flocos rompidos dificilmente podem voltar a se formar para as mesmas condições de floculação, mesmo quando se verifica o emprego de polímeros orgânicos como coagulantes primários. Para essa situação, as cadeias de monômeros dos polímeros envolvem completamente a mesma partícula, restabilizando-as e impedindo a reagrupação.